窯爐耐火材料損毀及選擇

窯爐爐襯耐火材料損毀的八因素

一般將預(yù)分解窯窯內(nèi)分為4個(gè)帶，即分解帶、過(guò)渡帶、燒成帶和冷卻帶。四帶中，燒成帶窯襯為關(guān)鍵，目前外在預(yù)分解窯燒成帶主要采用堿性磚。

熱、機(jī)械和化學(xué)3種因素構(gòu)成了窯襯內(nèi)的應(yīng)力并導(dǎo)致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內(nèi)位置的不同，上述因素的破壞作用亦不同。其中起決定性作用的是火焰、窯料和窯筒體的變形狀況，它們使窯襯承受各種不同的應(yīng)力。

對(duì)堿性磚，具體有8種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發(fā)性組分的凝聚、還原或還原－氧化反應(yīng)、過(guò)熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這8種因素對(duì)窯內(nèi)不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現(xiàn)就這8種因素?fù)p壞堿性磚的機(jī)理分別作一簡(jiǎn)述。

1、熟料熔體滲入

熟料熔體主要源自窯料和燃料，滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質(zhì)層中的C2S和C4AF會(huì)強(qiáng)烈地溶蝕鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石（C3MS2）等硅酸鹽礦物，有時(shí)甚至還會(huì)析出鉀霞石；而熔體則會(huì)充填磚襯內(nèi)氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力雙重作用，導(dǎo)致磚易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預(yù)分解窯入窯物料溫度已達(dá)800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個(gè)預(yù)分解窯內(nèi)，即熟料熔體對(duì)預(yù)分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。

2、揮發(fā)性組分的凝聚

預(yù)分解窯內(nèi)，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致生料中這些組分的富集。由生產(chǎn)實(shí)踐，窯尾熱級(jí)預(yù)熱器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分別比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。當(dāng)熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位（800℃～1200℃區(qū)段后），物料中的揮發(fā)性組分將會(huì)在所有磚面及磚層內(nèi)凝聚沉積，使該處高度致密化，并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分，導(dǎo)致磚滲入層的熱震穩(wěn)定性顯著減弱，形成膨脹性的鉀霞石、白榴石，使磚堿裂損壞，并在熱－機(jī)械應(yīng)力綜合作用下開裂剝落。因預(yù)分解窯從窯尾至燒成帶開始整個(gè)無(wú)窯皮帶，越靠近高溫帶，窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深，窯襯損壞就越嚴(yán)重，因此要特別注意對(duì)該部位窯襯的選型。

3、還原或還原－氧化反應(yīng)

當(dāng)窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)時(shí)，易產(chǎn)生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內(nèi)的Fe3+還原或Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴(kuò)散能力比Fe3+強(qiáng)得多，這又進(jìn)一步加劇了體積收縮效應(yīng)，從而使磚內(nèi)產(chǎn)生孔洞、結(jié)構(gòu)弱化、強(qiáng)度下降。同時(shí)，窯氣中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應(yīng)反復(fù)發(fā)生，磚便產(chǎn)生化學(xué)疲勞。這一過(guò)程主要發(fā)生在無(wú)窯皮保護(hù)的鎂鉻磚帶。

4、過(guò)熱

當(dāng)窯熱負(fù)荷過(guò)高，使磚面長(zhǎng)時(shí)間失去窯皮的保護(hù)時(shí)，熱面層基質(zhì)在高溫下熔化并向冷面層方向遷移，而使磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔（一般易發(fā)生于燒成帶的正火點(diǎn)區(qū)域），從而不耐磨刷、沖擊、震動(dòng)和熱疲勞，易于損壞。

近年來(lái)，在冷卻帶和過(guò)渡帶，有不少企業(yè)使用了硅莫磚，大部分硅莫磚的事故是由于過(guò)燒造成的，很少是其他原因。硅莫磚主要以碳化硅和莫來(lái)石構(gòu)成，而且碳化硅起著非常重要的作用，理論上當(dāng)溫度上升到2500℃左右，碳化硅開始分解為硅蒸汽和石墨，實(shí)際上在窯內(nèi)還原氣氛條件下，碳化硅在1700℃左右已開始分解，對(duì)硅莫磚構(gòu)成致命的破壞。

5、熱震

當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或窯皮不穩(wěn)定時(shí)，堿性磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增（甚至高達(dá)上千度），而使磚內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。此外，窯的頻繁開停使磚內(nèi)頻繁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力一旦超出磚襯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就突然開裂，并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深，后使磚碎裂。窯皮掉落時(shí)帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現(xiàn)象易發(fā)生在靠近窯尾方向的過(guò)渡帶區(qū)域。

6、熱疲勞

窯運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)磚襯沒入料層下，其表面溫度降低，而當(dāng)磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉(zhuǎn)一周，磚襯表面溫度升降幅度可達(dá)150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達(dá)130000次之多。這種溫度升降多次重復(fù)導(dǎo)致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

7、擠壓

回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機(jī)械應(yīng)力的綜合作用。其中，窯的轉(zhuǎn)動(dòng)、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動(dòng)力學(xué)負(fù)荷；磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學(xué)負(fù)荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會(huì)使磚襯承受各種機(jī)械應(yīng)力作用。當(dāng)所有這些應(yīng)力之和超過(guò)了磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就開裂損壞。該現(xiàn)象發(fā)生于預(yù)分解窯整個(gè)窯襯內(nèi)。

對(duì)于緊靠擋磚圈的磚，大部分損壞是由于擠壓力造成的。國(guó)外某公司專做窯口磚，其使用壽命可以保證3年以上，我們把它與其他磚作了檢測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其差別主要在高溫抗折強(qiáng)度上，而耐火磚的標(biāo)準(zhǔn)根本就沒有把高溫抗折強(qiáng)度列進(jìn)去，這一點(diǎn)應(yīng)該引起耐火磚生產(chǎn)廠家的重視。

8、磨損

預(yù)分解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保護(hù)時(shí)，熟料和大塊窯皮又較硬，會(huì)對(duì)該部位的磚襯，產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊和磨蝕損壞。

實(shí)際上，不要以為窯口沒有窯皮是正常的，在有條件的情況下，保持冷卻帶有一定的窯皮，不但能有效保護(hù)窯口磚，而且對(duì)拓寬窯的操作彈性，穩(wěn)定產(chǎn)質(zhì)量都是有好處的。

怎樣為窯爐選擇合適的耐火材料？

耐火材料種類繁多，在眾多耐火材料中選擇合適的產(chǎn)品至關(guān)重要。合適的耐火材料可以提高窯爐使用壽命，減少窯爐修補(bǔ)技術(shù)從而提高生產(chǎn)效率。本文向大家介紹了，堿性耐火材料、中性耐火材料、酸性耐火材料、硅酸鋁質(zhì)耐火材料以及熔鑄耐火材料的定義，對(duì)選擇合適耐火材料提供參考。

什么是堿性耐火材料?

堿性耐火材料一般指以氧化鎂或氧化鎂和氧化鈣為主要成分的耐火材料。這類耐火材料的耐火度都較高，抵抗堿性渣的能力強(qiáng)。堿性耐火材料主要用于堿性煉鋼爐及有色金屬冶煉爐，水泥工業(yè)也常常使用該類材料。其主要產(chǎn)品有鎂質(zhì)、鎂鉻質(zhì)、鎂橄攬質(zhì)、鎂鋁質(zhì)、白云石質(zhì)和石灰質(zhì)等耐火材料。其中鎂質(zhì)、白云質(zhì)和石灰石質(zhì)屬?gòu)?qiáng)堿性，鉻鎂質(zhì)和鎂鉻質(zhì)、鎂橄欖石質(zhì)和尖晶石質(zhì)屬弱堿性。

什么是中性耐火材料?

高溫下，與酸性或堿性熔渣都不易起明顯反應(yīng)的耐火材料叫中性耐火材料，如炭質(zhì)耐火材料和鉻質(zhì)耐火材料。有的將高鋁質(zhì)耐火材料也歸于此類，列為具有一些酸性傾向的中性耐火材料，而將鉻質(zhì)耐火材料列為具有一些堿性傾向的中性耐火材料。

什么是酸性耐火材料?

酸性耐火材料通常指Si02含量大于93%的耐火材料，它的主要特點(diǎn)是在高溫下能抵抗酸性渣的侵蝕，但易于堿性熔渣起反應(yīng)。酸性耐火材料主要有石英玻璃制品、熔融石英再結(jié)合制品、硅磚及不定形硅質(zhì)耐火材料。半硅質(zhì)耐火材料一般也歸于此類。至于粘土質(zhì)耐火材料，也有將其劃歸此類，稱之為半酸性或弱酸性耐火材料的。還有將鋯英石質(zhì)耐火材料和碳化硅質(zhì)耐火材料作特殊酸性耐火材料也劃歸此類的。

什么是硅酸鋁質(zhì)耐火材料?

硅酸鋁質(zhì)耐火材料是指以Si02-Al2O3為主要成分的耐火材料，按其Al2O3含量的多少可以分為半硅質(zhì)(Al20315?30%)，粘土質(zhì)(Al203 30?48%)，高鋁質(zhì)(Al203大于48%)三類。這三類材料一般以葉蠟石、硅質(zhì)粘土、耐火粘土和高鋁礬土為主要原料，其產(chǎn)品品種多，使用范圍廣，在耐火材料生產(chǎn)中占有較大的比重。榮盛耐材為您提供質(zhì)耐火材料。

什么是熔鑄耐火材料?

熔鑄耐火材料是指用一定方法將配合料高溫熔化后，澆注成的具有一定形狀的耐火制品。熔鑄耐火材料的生產(chǎn)方法一般有電熔和鋁熱法兩種，其中電熔法主要是用單相或三相電弧爐及電阻爐熔化配合料，鋁熱法是利用鋁放熱反應(yīng)放出的熱量將配合料熔化。電熔法是目前生產(chǎn)熔鑄耐火材料的主要方法。熔鑄耐火材料主要產(chǎn)品有莫來(lái)石，α-Al2O3，β-Al2O3，α-β-Al2O3。

耐火材料出現(xiàn)開裂、脫落、易磨損怎么辦？想要解決問題，需要從根源挖掘，分析出真正的原因，榮盛耐材從事耐材生產(chǎn)、研發(fā)服務(wù)多年，能解決高溫窯爐內(nèi)襯的各種疑難問題，歡迎廣大新老朋友咨詢及技術(shù)交流。